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家蚕既是重要的经济昆虫,也是鳞翅目的模式昆虫。家蚕浓核病毒是蚕业生产上危害比较严重的一类病毒。分离克隆家蚕抗DNV相关基因,研究家蚕与DNV的相互作用关系,对开展抗BmDNV的分子育种、开发DNV杀虫剂以及构建BmDNV家蚕表达载体和开发家蚕的定向插入的转基因载体都具有较大的意义。
本研究以家蚕抗浓核病镇江株(BmDNV-Z)品系秋丰D为供体亲本,以感性品系华八35为轮回亲本,成功构建了华八35的近等基因系BC8。并以秋丰D、华八35、BC8三个材料为组合,综合应用荧光差异显示、实时荧光定量PCR、BIO-TEKSYNERGY等现代分子生物学实验技术以及生物信息学、比较基因组学的方法,比较系统研地究了家蚕抗BmDNV-Z的分子机制。
1.抗BmDNV-Z的差异表达谱
以接种后12h的秋丰D、BC8、华八35的中肠为材料,通过mRNA荧光差异显示,获得3621条带,差异带168条。在抗性品系出现158条特有带,在感性品系中出现10条特有带。在家蚕特定细胞中表达的mRNA应该不过3000-5000种,而本研究构建的近等基因系除抗性基因的差异外,其余99.9%的遗传背景是相同的,即只有0.01%的差异,据此推算,本研究获得的抗BmDNV-Z差异表达谱己覆盖家蚕抗BmDNV-Z相关的所有mRNA。
2.家蚕羧酸酯酶基因的全长cDNA
在得到的抗性差异条带中,通过5’RACE技术克隆了家蚕羧酸酯酶全长cDNA。其全长为1602bp,编码区长1458bp。编码区与家蚕基因组测序预测的家蚕羧酸酯酶Bmb01462基因的ORF同源性为97%。编码486个氨基酸,用ScanProsite软件分析,发现具有羧酸酯酶的保守结构域:1个丝氨酸活性中心“FGGNPEEVTIAGYSSG”和1个二硫键形成的位点“EDCLIANVFAP”。因此把该蛋白序列命名为家蚕羧酸酯酶(Bombyx mori carboxylesterase, BmCarE)。该序列已在GenBank上登录(登录号:DQ073457)。
3.抗性品系中肠BmCarE活力
用BIO-TEK SYNERGY法研究感、抗性品系接种后12h、36h、72h中肠BmCarE活力,结果发现抗性品系BC8接种是BC8对照的3.28倍,BC8接种是华八35接种的2.26倍,差异达到极显著水平(P<0.01),BC8对照、华八35接种、华八35对照3个样品间中肠BmCarE活力无统计学差异。通过测定感、抗性品系接种后12h、36h、72h的中肠的酶源蛋白的含量,发现接种后12h BC8中肠的酶蛋白含量分别是BC8对照、华八35接种、华八35对照的2.65倍、2.72倍、3.06倍,差异达到极显著水平,BC8对照、华八35接种、华八35对照酶蛋白含量无统计学差异。测定接种后12hBC8接种、BC8对照、华八35接种、华八35对照4个样品BmCarE酶促反应的米氏常数Km与最反应速度Vmax,发现4个样品间的Km、Vmax值无统计学差异,表明4个样品间中肠BmCarE的结构无本质差异。以上结果表明抗性品系BC8经BmDNV-Z诱导后12h,中肠BmCarE分泌量增高,因而活力升高。
4.BmCarE基因在抗性、感性品系中肠的表达差异
用实时荧光定量PCR研究了接种后12h、36h、72h BmCarE基因在感、抗性品系中肠的表达差异。结果表明:(1)接种后12h抗性品系家蚕BC8、秋丰D分别是感性品系家蚕华八35的17.714倍、3.602倍,差异达到极显著水平。(2)同一品系接种后12h与对照有较大差异,BC8接种是BC8对照的15.08倍,秋丰D接种是秋丰D对照的3.39倍,差异达到极显著水平,而感性品系华八35接种和华八35对照表达量均低,二者差异不显著。(3)同一品系接种后不同时间表达也有较大差异,抗性品系BC8、秋丰D接种后12h表达量最高,显著高于各自36h、72h表达水平,36h与72h表达无显著差异;感性品系华八35接种后12h、36h、72h表达无显著差异。以上3点结果表明,抗性品系在受到BmDNV-Z的感染后12h,中肠BmCarE基因表达显著增高,而感性品系在受到BmDNV-Z的感染时,中肠BmCarE基因表达量仍很低。椐此推测,BmCarE基因大量表达是抗性品系BC8、秋丰D对BmDNV-Z的侵染的一种防卫应答。
5.BmCarE的原核表达
6.抗性品系eIF2α基因突变分析
克隆了感性品系、抗性品系家蚕eIF2α(BmeIF2α)全长cDNA,并进行了点突变分析。其全长为1100bp(GenBank登录号:DQ073458),编码区长996 bp,编码332个氨基酸。BmeIF2α蛋白与草地贪夜蛾eIF2α蛋白同源性高达94.3%。具有保守的磷酸化位点S(51)R(52)R(53)R(54)R(56)K(60)R(63)。家蚕易感品系的eIF2α在113~127位的“HVAELLHYETSEQSE”为酪氨酸硫酸化位点,而完全抗性品系eIF2α发生C378→T突变,导致Ser126→Leu,缺少了113~127位的酪氨酸硫酸化位点。完全抗性品系eIF2α发生Ser126→Leu突变后,导致113~127位的酪氨酸不能硫酸化。人C3a受体C3aR的174酪氨酸突变为苯丙氨酸阻断酪氨酸硫酸化后,配基和受体的结合完全被阻断。推测家蚕抗性品系eIF2α发生Ser126→Leu突变,缺少了113~127位的酪氨酸硫酸化位点,从而阻断了BmDNV-Z与受体结合。